一种设置旋风分离器的深井采矿制冷系统的制作方法

1.本发明涉及换热器技术领域技术领域，尤其涉及一种设置旋风分离器的深井采矿制冷系统。


背景技术：

2.随着矿产资源的不断开发利用，浅层矿井资源不断消耗，迫使矿山开采规模不断扩大，矿井开采深度逐年增加。至今为止，我国金属矿资源开采已转向深部，随着开采深度的不断增加和采掘机械化程度的提高，矿井热害日益严重，对安全高效生产将产生严重影响，成为金属矿行业亟待解决的重大科技问题。深部矿井井下环境复杂，工作面通风极差，热害问题突出，严重影响矿井的工作效率，甚至会威胁到工人的身体健康。矿井有效通风与制冷已经成为当前深部矿山开采的技术难点之一。我国《金属非金属矿山安全规程》规定：生产矿井采掘工作面空气温度不得超过28℃，机电设备硐室的空气温度不得超过30℃，当上述两工作地点的空气温度超过30℃和34℃时必须停止作业。以某黄金矿井为例，现有的深井作业区（深度＞500m）主要以通风冷却为主，井下温度高（29℃），相对湿度大（＞96%），冷却效果差，热环境非常恶劣。为保证矿井安全生产和职工身体健康，必须针对性地采取有效措施，降低环境温度，治理高温热害。
3.国内外采用的深井冷却技术有：布置通风系统、工人冷却服、在井上、井下增设制冷机等。存在的问题有：通风系统随着作业深度的增加效果变差；工人冷却服成本高，作业过程并不方便；井下制冷机存在排热困难，以空气为散热介质导致降温效果差、运行费用高等问题。
4.利用流体诱导传热元件振动实现强化换热是被动强化换热的一种形式，可将换热器内对流体振动诱导的严格防止转变为对振动的有效利用，使传动元件在低流速下的对流换热系数大幅度的提高，并利用振动抑制传热元件表面污垢，减低污垢热阻，实现复合强化传热。
5.换热器及其相关技术经过近几十年的迅速发展，取得了令人鼓舞的进步，然而一些长期未能解决的问题更加凸现出来。换热器内流体诱导振动和传热表面积垢，是世界公认的亟待解决的突出问题。流体诱导振动会导致剧烈的噪声与传热管束的损坏，传热管束表面积垢会造成巨大的能量与资源损失。在换热器内完全防止管束振动是不可能的，而通过增加传热管束的强度来防止振动从而避免管束的损坏与噪声，并不总是有效的。利用流体诱导传热管束的振动实现强化换热是无源强化换热的一种形式，通过对振动的有效利用，可在实现强化换热的同时抑制传热表面积垢，降低污垢热阻，实现复合强化换热。
6.因此，本发明针对现有深井井下制冷系统存在的不足，提供一种新的深部金属矿采场制冷系统，同时利用了井下空气与井下空间建立了适应深井的制冷系统，该方式既可以实现采场降温，又对井下废弃空间进行了利用，同时具有设备紧凑、安全性好、检修维护方便的优点，非常适合深井作业使用。


技术实现要素：

7.为了达到以上目的，本发明采取以下技术方案：一种设置旋风分离器的深井采矿制冷系统，包括空冷器、风机、旋风分离器及进出风管道，所述系统设置于深井中距离采场或掘进工作面附近的平直巷道内，通过进风管道通入矿井中部巷道的非新鲜空气，使其经过所述旋风分离器将空气与颗粒物分离；经过分离后的非新鲜空气通过所述风机通入空冷器中；在所述空冷器中与制冷剂进行热交换降温后，通过出风管道送往附近的采场工作面或掘进工作面处，从而完成工作面处的降温。
8.作为优选，所述空冷器采用翅片管式换热器。
9.作为优选，所述风机选用轴流式风机。
10.作为优选，所述进风管道布置于巷道顶部，采集含尘量相对较少的上方空气。
11.作为优选，每组制冷系统单独为一个采场供冷。使得制冷系统与采场或掘进工作面之间的出风管道比较短，其目的是精细化管路。所述制冷系统放置于距离采场或掘进工作面100米内的巷道内。在采场发生变动时，可将对应该采场的冷却系统及管道快速拆卸并重新安装，提高系统的灵活性。
12.作为优选，井下设置温度传感器，用于检测井下工作面的环境温度，所述空冷器设置控制器，所述空冷器冷端设置变频泵，所述变频泵用以控制冷却水的流量，所述控制器根据温度传感器的温度控制调节变频泵的功率，进行功率合理控制。
13.作为优选，旋风分离器采用下部进气方式，由于通入空气湿度较大，下部进气可以利用设备下部空间，对直径大于300μm~500μm的液滴进行预分离以减轻旋风部分的负荷。
14.本发明具有如下优点：1)本发明提供了一种新的深井采矿的制冷系统，对布置地点的要求低，可随深井内部结构进行自由设计，制冷功率大，并且无需考虑旋风分离器、空冷器及风机体积对深井采矿的影响，非常适合深井作业使用。
15.2)本发明无需做防潮设计，只需安装旋风分离器、风机及空冷器，实现设备紧凑、结构简单、控制方便、制冷效率高的技术效果。
16.3)本发明利用了井内中部巷道的非新鲜空气，无需引入新鲜空气，管路布置灵活。
17.4)本发明中的制冷系统放置于距离采场较近的平直巷道中，每个制冷系统单独为一个采场供冷，送往采场工作面的管道较短，其目的是精细化管路。在采场发生变动时，可将对应该采场的制冷系统以及管道快速拆卸和重新安装，面对复杂的矿山内部环境，可以实现随着开采采场的变动，将已不需要制冷的采场的设备，快速转移到新开掘的采场，提高系统的灵活性。
18.5)本发明中使用了旋风分离器对引入的非新鲜空气进行了过滤，大大的减少了空气中的颗粒物，从根本上降低了对机械设备的伤害，使得制冷系统寿命延长。
附图说明
19.图1为制冷系统的发明结构原理图；图2为本发明的制冷系统的结构简图图中：1、空冷器，2、风机，3、旋风分离器， 4、冷却水管、5、进风管道，6、出风管道。
具体实施方式
20.下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。
21.图1出示了一种设置旋风分离器的深井采矿制冷系统，如图1所示，深井采矿的制冷系统布置于距离工作面较近的平直巷道之内，主要设备为空冷器、风机、旋风分离器、冷却水管、进风管道及出风管道，制冷系统的进风来源主要为井下中部巷道中的非新鲜空气，其温度与湿度相对当前巷道较低，质量较好。将所述制冷系统合理布置于距离工作面较近的平直巷道中，将通入的非新鲜空气经过所述旋风分离器进行过滤，得到较为干净的空气，再经过所述风机通入所述空冷器。进行了精细过滤后的空气在空冷器内进行冷却后，达到较低温度后，通过所述出风管道进入正在工作的采场工作面或掘进工作面。
22.本发明提供一种布置于深井的制冷系统，即合理选择距离工作面较近的巷道，布置相应的制冷设备，并且增加了旋风分离器对空气进行过滤，从而减少了空气中颗粒物对风机及空冷器等设备的损害，延长了设备寿命，增强了系统可靠性。并且该系统对布置地点要求低，能够在不妨碍采场或掘进工作的前提下，更多的布置制冷设备，降低工作面温度，实现井下的温度控制，达到安全开采的目的。该方式可以实现采场冷却，具有设备寿命长、系统结构简单、控制方便、制冷效率高的优点，非常适合深井作业使用。
23.作为优选，引入旋风分离器中的非新鲜空气，温度低于28 ℃。
24.作为优选，所述空冷器中的冷水来源于矿井涌水，所述矿井涌水经过沉淀和化学处理并冷却后，流入空冷器。
25.作为优选，所述空冷器冷侧设置变频泵，所述工作面中设置温度传感器，用于检测采矿区的空气温度，变频泵和温度传感器与控制器数据连接，所述控制器根据检测的温度传感器的温度控制变频泵的功率。当工作面温度高于设定值时，控制器控制变频泵的功率增大，水流经空冷器流量增加；当工作面温度低于设定值时，控制器控制水泵功率减小，水流经空冷器流量减少；当不进行井下工作时，变频泵关闭。通过智能检测温度以及智能控制变频泵的功率，能够智能控制工作面的温度，避免温度过高或者过低，起到很好的智能控制的作用。
26.作为优选，当检测的温度高于一定温度时，优选是高于25℃，随着检测温度的不断上升，变频泵功率增加的幅度越来越大。
27.作为优选，当检测的温度低于一定温度时，优选是低于5℃，随着检测温度的不断下降，变频泵功率不断减小的幅度越来越大。
28.作为优选，系统布置地点距离采场或掘进工作面约100米以内。
29.作为优选，每组制冷系统单独为一个采场供冷。使得制冷系统和采场或掘进工作面之间的管道比较短，其目的是精细化管路。并且在采场发生变动时，可将对应该采场的冷却系统及管道快速拆卸并重新安装，提高系统的灵活性。
30.作为优选，布置制冷系统的巷道尺寸要求宽≥2米，高≥2.0米，方便系统的安装与维修。
31.作为优选，入风管引入口布置于巷道顶部，从而引入相对干净的空气，减少系统的工作负担。
32.作为优选，旋风分离器、风机与空冷器在不影响安装与维修的情况下紧凑布置。
33.作为优选，旋风分离器采用下部进气方式。由于通入空气湿度较大，下部进气可以
利用设备下部空间，对直径大于300μm~500μm的液滴进行预分离以减轻旋风部分的负荷。
34.作为优选，可以通过设置蓄热水箱，可以实现热端提供生活热水的功能，具有热效率高、传输距离远、设备紧凑、安全性好的优点，非常适合深井作业使用。
35.作为优选，通入正在工作的采场或掘进工作面的冷空气管道布置于其中心位置，还可以根据现场实际情况进行调整。
36.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。